Optimización de un medio de cultivo para producción de polihidroxibutirato mediante diseño de experimentos

DAIANA NYGAARD; O YASHCHUK; ELIDA B HERMIDA

Rosario

Congreso; XXIII Congreso Latinoamericano de Microbiología; 2016

Asociación Latinoamericana de Microbiología

Polihidroxibutirato (PHB) es el poliéster bacteriano más estudiado dentro de la familia de polihidroxialcanoatos (PHAs). Es sintetizado por una gran variedad de microorganismos, como reserva de carbono y energía bajo condiciones limitantes de nutrientes esenciales y en presencia de una fuente de carbono en exceso. En la actualidad los PHAs continúan atrayendo interés para las aplicaciones médicas, agrícolas e industriales por la posibilidad de ser utilizados como termoplásticos renovables, biodegradables, y biocompatibles. Sin embargo, su uso comercial todavía está limitado debido al alto costo de producción. Por ello, se han diseñado diferentes estrategias para disminuir el costo final del polímero; una de ellas comprende el diseño y la optimización de la composición del medio de cultivo. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue optimizar el medio de cultivo de Cupriavidus necátor para producción de PHB utilizando el método estadístico de diseño de experimentos. Los experimentos se realizaron en un medio de cultivo de sales minerales con fructosa como fuente de carbono en Erlenmeyers de 250 ml con agitación de 150 r.p.m. a 30±1°C, durante 72 horas. Se monitoreó el proceso mediante la determinación de biomasa (método gravimétrico), el consumo de azúcar (cuantificación de carbono orgánico total), la variación de pH del medio. La acumulación cuantitativa de PHB se determinó a partir de muestras digeridas con ácido sulfúrico al 80%, midiendo la absorbancia a 234 nm en un espectrofotómetro de UV/Vis.La optimización de los componentes nutricionales del medio de cultivo se realizó mediante diseño factorial completo (FFD) de 5 factores en 3 niveles, a saber: las concentraciones de las fuentes de carbono (15-25 g/l), nitrógeno (1,5-3 g/l) y fosfato (4-12 g/l), el contenido de elementos en traza (1-3 ml/l) y el pH del medio (6,5-7,5). Como respuesta experimental se evaluaron los resultados de producción de PHB y biomasa. Se determinó la existencia de asociaciones y términos cuadráticos de los factores analizados, y se planteó una regresión lineal para predecir las respuestas de interés. Con la metodología de superficie de respuesta (RSM), se optimizó la producción de PHB y de biomasa dentro del rango de trabajo planteado. Se definieron como variables significativas el pH inicial del medio de cultivo y las concentraciones de las fuentes de fosfato y nitrógeno para ambas respuestas analizadas. Los valores máximos del proceso productivo resultaron: el contenido de PHB 7,05 g/l; la producción de biomasa 7,90 g/l; los rendimientos Yp/x, Yp/s, Yx/s como 0,89 g/g, 0,35 g/g, 0,40 g/g, respectivamente y la productividad 0,098 g/l/h.Se concluyó que el diseño FFD se puede aplicar tanto como método de búsqueda de factores significativos, como método de optimización, mediante el acoplamiento de RSM, simplificando de este modo las etapas de diseño experimental.